package Sorting;

import jdk.nashorn.internal.ir.IdentNode;

import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class Sort {

    /**
     * @param arr
     * @description 直接插入排序
     * 时间复杂度：O(n^2)
     * 最好情况：O(n)
     * 当数据趋于有序的时候，排序速度会非常快
     * 一般的场景就是 数据基本有序，建议使用直接插入排序
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性：稳定
     * 如果一个排序是稳定的，那么就可以实现为不稳定的
     * 但是如果一个排序本身就是不稳定的，你没有办法实现为稳定
     */
    public static void insertSort(int[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = 0;
            for (j = i - 1; j >= 0; j--) {
                if (arr[j] >= tmp) {   //if(arr[j] >= tmp)：不稳定
                    arr[j + 1] = arr[j];
                } else {
                    //arr[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            arr[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * @param arr
     * @description 希尔排序
     * 时间复杂度：O(N^1.3) - O(N^1.5)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void shellSort(int[] arr) {
        int gap = arr.length;
        while (gap > 1) {
            shell(arr, gap);
            gap /= 2;
        }
        //整体进行插入排序
        shell(arr, 1);

    }

    public static void shell(int[] arr, int gap) {
        for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (arr[j] >= tmp) {
                    arr[j + gap] = arr[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            arr[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * @param arr
     * @description 选择排序
     * 时间复杂度：O(n^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static int selectSort(int[] arr) {
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
                count++;
            }
            if (i != minIndex) {
                swap(arr, i, minIndex);
            }
        }
        return count;
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }

    public static void selectSort2(int[] arr) {
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (arr[i] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (arr[i] > arr[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(arr, left, minIndex); //这里有可能 把 最大值换到minIndex的位置
            //言外之意：最大值正好在left的地方
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(arr, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * @param arr
     * @description 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void heapSort(int[] arr) {
        createBigHeap(arr);
        int end = arr.length - 1;
        while (end > 0) {
            swap(arr, 0, end);
            shiftDown(arr, 0, end);
            end--;
        }

    }

    private static void createBigHeap(int[] arr) {
        for (int parent = (arr.length - 1 - 1 / 2); parent >= 0; parent--) {
            shiftDown(arr, parent, arr.length);
        }
    }

    private static void shiftDown(int[] arr, int parent, int len) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child < len) {
            if (child + 1 < len && arr[child] < arr[child + 1]) {
                child++;
            }
            if (arr[child] > arr[parent]) {
                swap(arr, child, parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * @param arr
     * @description 冒泡排序
     * 时间复杂度：(不考虑优化) O(n^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            if (!flg) {
                return;
            }
        }
    }
/**
 * @param arr
 * @description 快速排序
 * 时间复杂度：N*logN
 *           最好情况：N*logN
 *           最坏情况 ：N^2 有序、逆序
 * 空间复杂度：
 *            最好情况：logN
 *            最坏情况 ：N
 * 稳定：不稳定
 */
    public static void quickSort(int[] arr) {
        quick(arr, 0, arr.length - 1);

    }

    private static void quick(int[] arr, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //优化1：三数取中法
       /* int index =  midThree(arr,start,end);
        swap(arr,index,start);*/

        //优化2：插入排序 :使用这个优化，主要解决 减少递归的次数
        if(end - start + 1 <= 14){
            insertSort2(arr,start,end);
            return;
        }
        int pivot = partition(arr, start, end); //划分
        quick(arr, start, pivot - 1);
        quick(arr, pivot + 1, end);
    }

     private static int midThree(int[] arr, int left, int right){
            int mid = (left+right)/2;
         if(arr[left] < arr[right]){
             if(arr[mid] < arr[left]){// 8  6  10
                 return left;
             }else if(arr[mid] > arr[right]){ // 6  10  8
                return right;
             }else {  // 6 8 10
                 return mid;
             }
         }else{
            if(arr[mid] < arr[right]){// 8 10 6
                return left;
            }else if(arr[mid] > arr[left]){ //  10 6 8
                return right;
             }else { // 10 8 6
                return mid;
            }
         }

    }
    private static void insertSort2(int[] arr,int left,int right) {
        for (int i = left+1; i <= right; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = 0;
            for (j = i - 1; j >= 0; j--) {
                if (arr[j] >= tmp) {   //if(arr[j] >= tmp)：不稳定
                    arr[j + 1] = arr[j];
                } else {
                    //arr[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            arr[j + 1] = tmp;
        }
    }
    //挖坑法：自己写
    private static int partition(int[] arr, int left, int right) {
        int tmp = arr[left];
        while ( left < right) {
            while ( left < right) {
                if (arr[right] < tmp) {
                    arr[left] = arr[right];
                    break;
                }
                right--;
            }
            while ( left < right) {
                if (arr[left] > tmp) {
                    arr[right] = arr[left];
                    break;
                }
                left++;
            }
        }
        arr[left] = tmp;
        return left;
    }
    //挖坑法：老师写
    private static int partition2(int[] arr, int left, int right) {
        int tmp = arr[left];
        while ( left < right) {
            while ( left < right && arr[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            arr[left] = arr[right];
            while ( left < right && arr[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            arr[right] = arr[left];
        }
        arr[left] = tmp;
        return left;
    }

    //hoare法：自己写
    private static int partition3(int[] arr, int left, int right) {
        int start = left;
        int tmp = arr[left];
        while(left < right){
            while(left < right){
                if(arr[right] < tmp){
                    break;
                }
                right--;
            }
            while(left < right){
                if(arr[left] > tmp){
                    break;
                }
                left++;
            }
            swap(arr,left,right);
        }
        swap(arr, start, right);
        return right;
    }

    //前后指针法【了解即可】
    private static int partition4(int[] arr, int left, int right) {
        int prev = left;
        int cur = left+1;
        while(cur <= right){
            if(arr[cur] < arr[left] && arr[++prev] != arr[cur]){
                swap(arr,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(arr,prev,left);
        return prev;
    }

    //非递归实现快速排序 O(n*logN) 不稳定
    public static void quickSort2(int[] arr) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        int left = 0;
        int right = arr.length-1;

        int pivot = partition(arr,left,right);
        if(pivot > left+1){
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot < right-1){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }

        while(!stack.isEmpty()){
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition(arr,left,right);
        if(pivot > left+1){
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot < right-1){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }
        }

    }
    /**
     * @param arr
     * @description 归并排序
     * 时间复杂度：n*logN
     * 空间复杂度：O(n)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void mergeSort(int[] arr){
        mergeSortFunc(arr,0,arr.length-1);
    }
    private static void mergeSortFunc(int[] arr,int left,int right){
        if(left >= right){
            return;
        }
        int mid = (left+right)/2;
        mergeSortFunc(arr,left,mid);
        mergeSortFunc(arr,mid+1,right);
        merge(arr,left,right,mid);
    }
    private static  void merge(int[] arr,int start,int end,int mid){
            int s1 = start;
            int s2 = mid+1;
            int[] tmp = new int[end-start+1];
            int k= 0;
            while(s1 <= mid && s2 <=end){
                if(arr[s1] <= arr[s2]){
                    tmp[k++] = arr[s1++];
                }else{
                    tmp[k++] = arr[s2++];
                }
            }
            while(s1 <= mid){
                tmp[k++] = arr[s1++];
            }
            while(s2 <= end){
                tmp[k++] = arr[s2++];
            }

        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            arr[i+start] = tmp[i];
        }
    }
/**
 * @param arr
 * @description 归并排序的非递归
 */
    public static void mergeSort2(int[] arr){
        int gap = 1;
        while(gap < arr.length){
            for (int i = 0; i < arr.length; i+= gap*2) {
                int left = i;
                int mid = left+gap-1;//有可能会越界
                if(mid >= arr.length){
                    mid = arr.length-1;
                }
                int right = mid+gap;//有可能会越界
                if(right >= arr.length){
                    right = arr.length-1;
                }
                merge(arr,left,right,mid);
            }
            gap *= 2;
        }
    }
    /**
     * @param arr
     * @description 计数排序 适用于：一组集中在某个范围的数据
     * 时间复杂度：O(N+范围)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 不稳定
     */
    public static void countSort(int[] arr){
        //1. 遍历数组，min和max
        int min = arr[0];
        int max = arr[0];
        for (int i = 1; i < arr.length-1; i++) {
            if(max < arr[i]) max = arr[i];
            if(min > arr[i]) min = arr[i];
        }

        //2. 求出范围
        int len = max-min+1;
        int[] count = new int[len];
        //3.在计数数组中，记录每个数字出现的次数
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            count[arr[i] - min]++;
        }
        //4. 遍历计数数组
        int index = 0; // arr数组的新的下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i] > 0){
                arr[index] = i+min; // 这里要加最小值，才能反映真实的数据
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}
